EP0607680B1 - Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen unter Verwendung einer vorgefertigten Photolack-Schicht - Google Patents
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Definitions
- Ehrfeld termed the process "LIGA” based on the first letters for the German words for lithography and electroplating.
- a general review of the LIGA process is given in the article by W. Ehrfeld, et al., "LIGA Process: Sensor Construction Techniques Via X-Ray Lithography,” Technical Digest, IEEE Solid State Sensor and Actuator Workshop, 1988, pp. 1-4.
- a plating base is applied to a substrate prior to the photoresist.
- a non-exposed photoresist may then be adhered onto the plating base, and the photoresist then exposed.
- the exposed portions are then removed using a developer, and metal is then electroplated onto the exposed plating base to fill the area defined by the void(s) in the photoresist.
- the remaining photoresist may then be removed.
- the photoresist is formed of non-crosslinked PMMA
- removal can take place by utilizing a solvent which dissolves the non-crosslinked PMMA.
- a cross-lined PMMA sheet is utilized, an additional blanket exposure to synchrotron X-rays is required before the photoresist is removed.
- Fig. 8 is an illustrative view of the substrate of Fig. 7 after electroplating of metal into the areas from which the photoresist has been removed.
- Fig. 9 is an illustrative view of the substrate with the micromechanical parts formed thereon after the remaining photoresist has been stripped from the substrate.
- Fig. 10 is a simplified illustrative side view of a substrate with a sacrificial layer formed thereon.
- Fig. 18 is an illustrative view of the substrate and photoresist of Fig. 17 after the exposed photoresist has been developed.
- Fig. 23 is an illustrative view of the substrate and photoresist layers of Fig. 22 with the addition of a third layer of photoresist which may be formed in the same manner as illustrated above in Figs. 19-22.
- the preformed photoresist sheet is then adhered to the 496 k PMMA layer as described above.
- Preformed photoresist sheets with thicknesses of 1 mm are commercially available and readily handled.
- the preformed layer may be milled to a desired thickness (to within ⁇ 2.5 ⁇ m) with surface finish of less than ⁇ 0.1 ⁇ m, using a fly cutter with either a diamond or a CBN (cubic boron nitride) tool.
- An example of a suitable milling machine is a Jung/Reichert polycut E ultramiller.
- the resist layer obtained has very good adhesion and appears to have very low internal stress. Removal of this thick resist does not require a blanket exposure.
- the photoresist sheet 131 may then be machined down to a thickness such that the void regions 133 and the alignment openings 132 are fully exposed.
- the reduction in thickness of the second layer 131 preferably does not reduce it to a thickness such that the pegs 125 are exposed. Rather, a portion of each of the alignment openings 132 remains open, as illustrated in Fig. 38.
- a second set of alignment pegs 135 is inserted, as illustrated in Fig. 39. Then, as illustrated in Fig.
- the photoresist sheets may have alignment holes machined therein and then be exposed to X-rays under the X-ray mask which is aligned to the holes which had been machined into the photoresist sheet.
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Claims (30)
- Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen umfassend die Stufen:(a) Bereitstellen einer vorgefertigten Schicht (17) aus Photoresistmaterial, die einer Strahlung ausgesetzt werden kann, um ihre Empfindlichkeit gegenüber einem Entwickler zu beeinflussen;(b) Belichten der Photoresist-Schicht (17) in einem Muster mit Strahlung, wodurch ihre Empfindlichkeit gegenüber einem Entwickler verändert wird;(c) Verringern der Dicke der Photoresist-Schicht (17) auf eine gewünschte Dicke; und(d) Applizieren eines Entwicklers auf dem belichteten Photoresist (17), um Photoresist, der gegenüber dem Entwickler empfindlich ist, zu entfernen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke verringert wird, indem man das Material der Photoresist-Schicht (17) mechanisch entfernt.
- Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anfangsstufen des Applizieren einer dünnen Schicht (13) aus Metall auf ein Substrat (11) als Metallauflage, Adherieren der vorgefertigten Photoresist-Schicht auf die Metallauflage (13), Durchführen aller Stufen des Anspruchs 1, und danach Durchführen der zusätzlichen Stufen: Elektroplattieren von Metall (30) in den Bereichen, in denen der Photoresist entfernt wurde, und nachfolgendes Entfernen des verbleibenden Photoresists, um auf dem Substrat die elektoplattierten Metallstrukturen (30) zu hinterlassen.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Photoresist-Schicht (17) aus linearem PMMA mit sehr hohem Molekulargewicht besteht.
- Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe des Entfernens des verbleibenden Photoresists durchgeführt wird, indem man den Photoresist (17) einem Bad eines Lösungsmittels, das das PMMA löst, aussetzt.
- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel, das zum Auflösen des PMMA verwendet wird, Methylenchlorid ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe des Belichtens des Photoresists in einem Muster durchgeführt wird, indem man den Photoresist mit Röntgenstrahlen (24) aus einem Synchrotron belichtet.
- Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Stufen:
Auftragen einer dünnen ersten Schicht (15) aus nicht-vernetztem PMMA auf die Oberfäche eines Substrats (11), Verfestigen der Photoresist-Schicht (17) aus PMMA auf der ersten Schicht, und Applizieren eines flüssigen Methylmethacrylat-Monomers auf die Grenzfläche zwischen der vorgefertigten Schicht und der ersten Schicht, um eine Adhäsion zwischen der vorgefertigten Schicht und der ersten Schicht an der Grenzfläche zwischen diesen beiden auszubilden. - Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anfangsstufen: Applizieren einer Opferschicht (40) auf ein Substrat (41) und Adherieren der vorgefertigten Schicht (42) an die Opferschicht (40), Durchführen aller Stufen des Anspruchs 1 und dann Durchführen der zusätzlichen Stufe des Entfernens der Opferschicht (40) mit einem Entfernungsmittel, das das Photoresistmaterial nicht beeinflußt, um den verbleibenden Photoresist (48) vom Substrat (41) abzulösen.
- Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Photoresists (42) PMMA ist.
- Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das PMMA des Photoresists (42) lineares PMMA mit sehr hohem Molekulargewicht ist.
- Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Opferschicht (46) Titan oder partiell imidiertes Polyamid ist.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgefertigte Schicht (17) des Photoresists eine Dicke von mindestens 1 mm aufweist, und dadurch, daß in der Stufe des mechanischen Entfernens des Materials der Photoresist-Schicht die Dicke der Schicht auf weniger als 1 mm verringert wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Photoresist-Schicht nach der Stufe des mechanischen Entfernens des Materials der Photoresist-Schicht zur Verringerung der Dicke der Schicht auf eine gewünschte Dicke eine erste Photoresist-Schicht (51) ist;
gekennzeichnet durch die Stufen:(1) Bereitstellen einer zweiten vorgefertigten Schicht (54) aus Photoresist-Material, die einer Strahlung ausgesetzt werden kann, um ihre Empfindlichkeit gegenüber einem Entwickler zu beeinflussen;(2) Adherieren der zweiten Photoresist-Schicht (54) an die erste Schicht des Photoresists unter Ausbildung eines Laminats;(3) mechanisches Enfernen des Materials der zweiten Photoresist-Schicht (54), um die Dicke der Schicht, die eine zweite Photoresist-Schicht (54) darstellt, auf eine gewünschte Dicken zu verringern;(4) Belichten der ersten und zweiten Schichten (51,54) des Photoresists in einem Muster mit Strahlung, wodurch die Empfindlichkeit des Photoresists der zweiten Schicht (54) gegenüber einem Entwickler verändert wird; und(5) Entfernen des Photoresists der ersten und zweiten Schicht (51,54), der gegenüber einem Entwickler empfindlich ist, unter Verwendung eines Entwicklers für den Photoresist. - Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch die Stufe des Adherierens der ersten vorgefertigten Schicht (51) aus Photoresistmaterial an ein Substrat (50) vor den Stufen des Belichtens der ersten Photoresist-Schicht (51) in einem Muster mit Strahlung und des mechanischen Entfernens des Materials aus der ersten Photoresist-Schicht.
- Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet dadurch, daß die Stufe des Adherierens der ersten Schicht (51) des Photoresists an das Substrat (50) die Stufe des Applizierens einer dünnen Schicht aus Metall an das Substrat (50) als Metallunterlage und das Adherieren der vorgefertigten Schicht (51) des Photoresists auf die Metallunterlage umfaßt, und nach Durchführen aller Stufen des Anspruchs 14, durch das Durchführen der zusätzlichen Stufen des Elektroplattierens von Metall in den Bereichen, in denen der Photoresist entfernt wurde, und des Entfernens des verbleibenen Photoresists, um auf dem Substrat eine elektroplattierte Metallstruktur zu hinterlassen.
- Verfahren nach Anspruch 13, 14 oder 15, gekennzeichnet durch die zusätzlichen Stufen:Bereitstellen einer dritten vorgefertigten Schicht (73) aus Photoresist-Material, die mit Strahlung belichtet werden kann, um ihre Empfindlichkeit gegenüber einem Entwickler zu verändern;Ankleben der dritten Photoresist-Schicht (73) an die zweite Schicht des Laminats;mechanisches Entfernen des Materials der an die zweite Schicht angeklebten dritten Photoresist-Schicht (73), um die Dicke der dritten Schicht des Laminats auf eine gewünschte Dicke zu verringern;Belichten der dritten Schicht des Photoresists (73) in einem Muster mit Strahlung, wodurch die Empfindlichkeit des Photoresists gegenüber einem Entwickler verändert wird, und dann Ausführen der Stufen des Entfernens des gegenüber einem Entwickler empfindlichen Photoresists in jeder der ersten, zweiten und dritten Schichten unter Verwendung eines Entwickler für den Photoresist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe des Entfernens des gegenüber einem Entwickler empfindlichen Photoresists in der ersten und zweiten Schicht durchgeführt wird, bevor die zweite Photoresist-Schicht, die die zweite Schicht aufbaut, an die erste Photoresist-Schicht adheriert wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgefertigte Schicht aus Photoresist eine erste vorgefertigte Schicht (62) ist, und dadurch, daß die Stufe des Belichtens der ersten Photoresist-Schicht mit Strahlung in einem Muster eine teilweise aber nicht vollständig über die Dicke der Photoresist-Schicht (62) vorhandene Empfindlichkeit des Photoresists gegenüber einem Entwickler ergibt, und dadurch, daß das Verfahren ferner die Stufen umfaßt:(1) Adherieren der ersten Photoresist-Schicht (62) and der den gegenüber einem Entwickler empfindlichen Photoresist aufweisenden Seite an eine Schicht (69) des Photoresists, die ein Muster von Bereichen aufweist, die gegenüber dem Entwickler empfindlich sind, um ein Laminat auszubilden, wobei die Stufe des mechanischen Entfernens des Materials der ersten vorgefertigen Photoresist-Schicht zur Verringerung der Dicke der Schicht die Bereiche der ersten vorgefertigten Schicht (62) freilegt, die gegenüber einer Entfernung durch den Entwickler empfindlich sind;(2) Applizieren eines Entwicklers auf das Laminat zur Entfernung des Photoresists, der gegenüber dem Entwickler empfindlich ist, um ein Muster von Hohlräumen in der ersten Photoresist-Schicht (62) und der darunter liegenden Photoresist-Schicht (69) zu hinterlassen.
- Verfahren nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch die Stufe des Adherierens der ersten Photoresist-Schicht (62) an die Photoresist-Schicht (69), die zusätzlichen Stufen des Bereitsstellens der Photoresist-Schicht aus einer vorgefertigten Schicht aus Photoresist-Material, die einer Strahlung ausgesetzt werden kann, um ihre Empfindlichkeit gegenüber einem Entwickler teilweise, aber nicht vollständig über die gesamte Dicke der Photoresist-Schicht zu beeinflussen, mechanisches Entfernen des Materials der Photoresist-Schicht von der der ausgesetzten Seite der Schicht gegenüberliegenden Seite, um die Dicke der Schicht zu verringern, um die Bereiche der Schicht, die gegenüber dem Entwickler empfindlich sind, vollständig freizulegen, um die Photoresist-Schicht auszubilden, und dann Adherieren der ersten vorgefertigten Photoresist-Schicht an die Photoresist-Schicht.
- Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der Stufe des mechanischen Entfernens des Materials der vorgefertigten Photoresist-Schicht, aus der die Photoresist-Schicht ausgebildet ist, die Stufe des Adherierens der ausgesetzten Seite der vorgefertigten Photoresist-Schicht an ein Substrat (71) durchführt, und dann die Stufe des mechanischen Enfernens des Materials der vorgefertigten Photoresist-Schicht durchführt.
- Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgefertigte Schicht eine erste vorgefertigte Schicht ist und aus PMMA besteht, und dadurch, daß es die Anfangsstufen umfaßt: Applizieren einer dünnen Metallschicht auf einem Substrat als Metallauflage, Adherieren der ersten vorgefertigten Schicht des Photoresists an die Metallauflage, und dann Durchführen aller Stufen des Anspruchs 20, und der zusätzlichen Stufen des Elektroplattierens von Metall in den Bereichen, in denen der Photoresist entfernt wurden, und dann Entfernen des verbleibenden Photoresists, um auf dem Substrat die elektroplattierte Metallstruktur zu hinterlassen.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgefertigte Photoresist-Schicht aus PMMA besteht, und dadurch, daß es die Stufen umfaßt: Auftragen einer dünnen ersten Schicht (15) aus nicht-vernetztem PMMA auf die Oberfläche eines Substrats und Verfestigen der ersten Schicht aus PMMA, Applizieren der vorgefertigten Schicht (17) aus PMMA auf die erste Schicht, und Applizieren eines flüssigen Methylmethacrylat-Monomers auf die Grenzfläche zwischen der vorgefertigten Schicht und der ersten Schicht, um eine Adhäsion zwischen der vorgefertigten Schicht und der ersten Schicht an der Grenzfläche zwischen diesen beiden vorzusehen.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß die vorgefertigte Schicht (17) aus Photoresist aus PMMA besteht und mindestens 1 mm dick ist, und durch die Stufe des mechanischen Entfernens des Materials der Photoresist-Schicht, wobei die Dicke der Schicht auf weniger als 1 mm verringert wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgefertigte Photoresist-Schicht eine erste vorgefertigte Schicht (51) aus PMMA ist, und dadurch, daß es fernen die Stufen umfaßt:(a) Bereitstellen einer zweiten vorgefertigten Schicht (54) aus PMMA-Photoresist-Material;(b) Adherieren der zweiten Photoresist-Schicht (54) an die erste Photoresist-Schicht (51) unter Ausbildung eines Laminats;(c) mechanisches Entfernen des Materials der zweiten Photoresist-Schicht (54) um die Dicke der Schicht auf eine gewünschte Dicke zu verringern;(d) Belichten der zweiten Photoresist-Schicht (54) in einem Muster mit Röntgenstrahlen, wodurch die belichteten Bereiche der zweiten Photoresist-Schicht gegenüber einem Entwickler empfindlich werden; und(e) Entfernen des belichteten Photoresists in der zweiten Photoresist-Schicht (54) unter Verwendung eines Entwicklers für den Photoresist.
- Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß es die Stufe umfaßt: Adherieren der ersten vorgefertigten Photoresist-Schicht (51) an ein Substrat (50) vor den Stufen des Belichtens der ersten Photoresist-Schicht (51) in einem Muster mit Strahlung und des mechanischen Entfernens des Materials der ersten Photoresist-Schicht.
- Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe des Adherierens der zweiten Photoresist-Schicht (54) an die erste Photoresist-Schicht (51) durchgeführt wird nach den Stufen des Belichtens der zweiten Photoresist-Schicht in einem Muster mit Röntgenstrahlen (55) und des Entfernens des belichteten Photoresists.
- Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe des Adherierens der zweiten Photoresist-Schicht (54) an die erste Photoresist-Schicht (51) durchgeführt wird vor der Stufe des Applizierens eines Entwicklers auf der ersten Photoresist-Schicht.
- Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Photoresist-Schicht (54) an die erste Photoresist-Schicht (51) adheriert wird durch Befeuchten der Grenzfläche zwischen den Schichten mit Methylmethacrylat.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet dadurch, daß die Stufe des Adherierens der ersten Photoresist-Schicht (51) an das Substrat (50) die Stufe des Applizierens einer dünnen Schicht aus Metall auf das Substrat (50) als Metallauflage und Adherieren der vorgefertigten Schicht (51) des Photoresists auf die Metallauflage umfaßt und, nach Durchführen aller Stufen des Anspruchs 25, durch das Durchführen der zusätzlichen Stufen des Elektroplattierens von Metall in den Bereichen, in denen der Photoresist entfernt wurde, und des nachfolgenden Entfernens des verbleibenden Photoresists, um auf dem Substrat eine elektroplattierte Metallstruktur zu hinterlassen.
- Verfahren nach Anspruch 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stufen des Entfernens des belichteten Photoresists mit einem Entwickler in der ersten und zweiten Photoresist-Schicht (51,54) durchführt, bevor die zweite Photoresist-Schicht (54) an die erste Photoresist-Schicht adheriert wird.
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